上肢康复机器人的结构毕业设计
一种六自由度上肢康复机器人的结构设计及运动学分析
关键词 ： 外骨骼 ； 康复机器人 ； 运动学 ； 仿 真
中图 分 类 号 ： ＴＨ １ ２ ２ 文 献标 志 码 ： Ａ 文章 编 号 ： １ ０ ０ ６ — ７ ５ ４ Ｘ（ ２ ０ １ ３ ） ０ ４ － ０ ３ ３ ８ — ０ ６
Ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ａ ｎ ｄ ａ ｎａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｏ ｆ ＤＯＦ
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六自由度外骨骼式上肢康复机器人设计
六自由度外骨骼式上肢康复机器人设计一、本文概述Overview of this article随着现代医疗科技的进步，康复机器人的研究和应用逐渐成为医疗康复领域的重要发展方向。
其中，六自由度外骨骼式上肢康复机器人作为一种先进的康复设备，对于上肢运动功能障碍患者的康复治疗具有重要意义。
本文旨在探讨六自由度外骨骼式上肢康复机器人的设计原理、结构特点、功能实现及其在康复治疗中的应用价值。
With the advancement of modern medical technology, the research and application of rehabilitation robots have gradually become an important development direction in the field of medical rehabilitation. Among them, the six degree of freedom exoskeleton upper limb rehabilitation robot, as an advanced rehabilitation device, is of great significance for the rehabilitation treatment of patients with upper limb motor dysfunction. This article aims to explore the design principles, structural characteristics, functional implementation, and application value of a six degree of freedom exoskeleton basedupper limb rehabilitation robot in rehabilitation treatment.本文将首先介绍六自由度外骨骼式上肢康复机器人的基本结构和设计原理，包括其机械结构、传动系统、控制系统等关键部分的设计思路和技术实现。
上下肢康复机器人的结构设计与开发-机械专业毕业论文开题报告
上下肢康复机器人的结构设计与开发-机械专业毕业论文开题报告上下肢康复机器人的结构设计与开发开题报告班级/学号：机械1101班/2011010015 姓名：陈炜指导教师：刘相权一、综述1.1 研究的背景和意义随着医疗卫生条件的发展和经济条件的改善，人类平均寿命不断增长，老年人口日益增多，老龄人群的健康问题也成了人们共同关心和面临的问题。
其中，对老年人造成严重伤害的一种疾病就是中风。
中风，属于脑血管疾病的一种，其所出现的脑血液循环障碍将直接对人的大脑组织造成不可恢复的损伤，从而导致偏瘫后遗症的产生，偏瘫后遗症的康复治疗更是广大医护工作者和患者所面临的棘手问题。
因此，中风由于它的高致残率、高复发率和高死亡率等特点，被世界卫生组织确定为危害当今人类健康的第一杀手。
在当前医疗条件下，医护人员对于患者的急性中风能够采取比较有效的治疗手段来保证患者的生命安全。
但是，中风所引起的诸如偏瘫、运动功能障碍、语言功能障碍、神志障碍等后遗症，却成为当今医疗界所面临的一个难题。
在中风后遗症患者中，大多属于运动功能障碍，资料显示中风后因运动功能障碍而生活不能自理的高达 42.5%。
这不仅使得患者生活不能自理，而且也为患者家庭带来极大的心理与经济负担。
临床研究表明，对中风后遗症患者，必须争取早期康复治疗，尤其在发病后的前三个月内进行康复治疗是获得理想功能恢复的最佳时机，治疗总有效率可达 92.4%。
因此，我们迫切需要寻求一种有效的康复手段，使得中风后遗症患者能够最大限度的恢复到正常状态，以减轻患者的生理和心理痛苦，减轻家庭和社会的负担。
目前，在偏瘫上下肢康复训练方面，国内外医疗界所采用的主要是康复训练师亲自对患者进行康复指导和训练。
这种治疗方式虽然取得较好的治疗效果，但是仍然存在下述三方面的问题：（1）患者较多的情况下，一名康复训练师不可能在同一时间对多名患者进行有效地康复训练，治疗效率低下。
即便是技术娴熟的康复训练师可以同时照顾多名患者，那么由于其体力的限制，也不能保证每个患者都能得到足够强度的康复训练。
上肢康复机器人设计及力交互技术
未来发展方向
01
精准化的评估和诊断
利用传感器和算法，实现对患者上肢运动功能更为精准的评估和诊断，
为患者提供个性化的康复方案。
02 03
柔性和适应性的设计
未来的上肢康复机器人将更加注重人机交互的舒适性和适应性，设计更 为灵活、柔性的机械臂和控制系统，以更好地适应患者的需求和运动模 式。
多模态的交互方式
案例三：力反馈技术在康复训练中的价值
总结词
力反馈技术可以提高患者的参与度和康 复效果。
VS
详细描述
在康复训练中，力反馈技术可以帮助患者 更好地感知机器人的运动轨迹和力度，从 而提高患者的参与度和康复效果。例如， 通过反馈系统向患者提供触觉或听觉提示 ，引导他们完成指定的动作或任务。
06
研究展望与未来发展
研究展望
智能化的康复机器人
未来将进一步利用人工智能和机器学习技术，实现机器人 与用户的智能交互，根据患者的需求和反馈，动态调整康 复方案。
多样化的应用场景
上肢康复机器人不仅仅应用于医院和康复中心，未来还将 拓展到家庭、社区、学校等更多场景，为更多有需要的人 提供服务。
跨学科的研究合作
将会有更多来自医学、工程学、计算机科学等多个领域的 研究者共同参与上肢康复机器人的研究，推动技术不断创 新和发展。
03
机器人应用场景
医疗康复中心
协助医生进行精准的康复治疗方案 针对神经受损或肌肉损伤患者进行辅助康复
帮助患者进行上肢肌肉力量训练 为康复治疗师提供量化数据，以便调整治疗方案
家庭康复应用
方便患者在家中进行上肢肌肉力量训练 为家庭康复治疗提供辅助工具
为患者提供长期的康复训练支持 协助患者逐步恢复自理能力
多样化应用
基于外骨骼的上肢康复机器人设计与研究
研究生签名：—诌耻 扣ｆ牛年’月巧日
硕士论文
基于外骨骼的上肢康复机器人设计与研究
ｓｕｐｉｎａｔｉｏｎ／ｐｒｏｎａｔｉｏｎ ｍｏｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｓｈｏｕｌｄｅｒ ａｎｄ ｔｈｅ ｆｌｅｘｉｏｎ／ｅｘｔｅｎｓｉｏｎ ｍｏｔｉｏｎ ｏｆｔｈｅ ｅｌｂｏｗ．
Ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ，ｔｈｅ ｆｏｒｗａｒｄ ｋｉｎｅｍａｔｉｃｓ ａｎｄ ｉｎｖｅｒｓｅ ｋｉｎｅｍａｔｉｃｓ ｏｆ ｔｈｅ ｒｅｈａｂｉｌｉｔａｔｉｏｎ ｒｏｂｏｔ
２外骨骼式Ｅ肢康复机器人总体方案设计………………………………………．１ ２
２．１手臂的解剖学知识分析……………………………………………………………．１２ ２。１。１人体解剖学基本知识…………………………………………………………１２ ２．１．２上肢关节及自由度分析………………………………………………………１３
摘要
随着人们生活工作节奏越来越快，手臂成了日常生活中运用最多也最容易受伤的肢 体。传统的人工物理疗法中，治疗师们劳动强度大且要求具有高度熟练技巧。康复机器 人旨在利用机器人原理，把智能控制与人体运动相结合，且能够承受高的工作强度。人 们借助康复机器人的标准化的重复运动，可以促进神经功能重塑，最终达到恢复患者运 动及控制能力的目的。基于这一应用背景，本课题在结合骨科康复医学的基础上研制了 一种能辅助人体手臂进行康复训练的外骨骼式上肢康复机器人。
Ａｂｓｔｒａｃｔ
Ｂｅｃａｕｓｅ ｏｆ ｔｈｅ ｒａｐｉｄ ｌｉｆｅ ａｎｄ ｗｏｒｋ ｐａｃｅ，ａｒｌｒｌｓ ｈａｖｅ ｂｅｃｏｍｅ ｔｈｅ ｂｕｓｉｅｓｔ，ａｎｄ ａｌｓｏ ｔｈｅ ｍｏｓｔ ｖｕｌｎｅｒａｂｌｅ ｌｉｍｂｓ．１１１ｅ ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ｐｈｙｓｉｃａｌ ｔｈｅｒａｐｙ ａｂｏｕｔ ｔｈｅ ｌｉｍｂｓ ｎｅｅｄｓ ｈｉｇＭｙ ｓｋｉｌｌｆｕｌ
上肢康复机器人的设计与控制研究
上肢康复机器人的设计与控制研究上肢康复机器人是近年来发展迅速的一种康复辅助设备，它通过模拟人手的运动和力量提供康复训练，对于帮助患有上肢功能障碍的患者恢复手部功能起着至关重要的作用。
上肢康复机器人的设计与控制是其关键技术，直接关系到机器人在康复训练中的效果和实用性。
本文对上肢康复机器人的设计与控制进行深入研究，旨在寻求更好的设计方案和控制策略，提高机器人在康复训练中的应用效果。
首先，上肢康复机器人的设计应该考虑到患者的具体康复需求，以及机器人所需具备的功能。
在设计过程中，需要充分考虑机械结构的稳定性和可靠性，确保机器人在进行康复训练时能够保持稳定的运动轨迹和力量输出。
另外，还需要考虑机器人的外形设计，使其符合人体工程学原理，使患者在使用过程中感到舒适和便捷。
其次，上肢康复机器人的控制是设计过程中至关重要的一环。
控制系统应该能够实现对机器人的精确控制，确保机器人能够根据患者的康复需求进行个性化的训练。
在控制算法的选择上，可以考虑使用反馈控制算法或者深度学习算法，以实现对机器人的精准控制和运动轨迹的规划。
此外，还可以考虑引入视觉识别技术或者生物反馈技术，以提高机器人的控制精度和用户体验。
在上肢康复机器人的设计与控制中，还需要考虑到机器人与患者之间的交互问题。
机器人应该能够实时获取患者的运动数据和生理信号，以进行实时监测和调整。
同时，还需要考虑到机器人对患者的指导和鼓励，以提高康复训练的效果。
在此基础上，可以进一步探索机器人与患者之间的智能交互，使康复训练更加个性化和有趣。
梳理一下本文的重点，我们可以发现，上肢康复机器人的设计与控制是一项复杂而又具有挑战性的工作，需要综合考虑机械结构、控制算法、交互设计等多个方面的因素。
通过本文的深入研究，相信可以为上肢康复机器人的设计与控制提供一些有价值的思路和方法，促进该领域的进一步发展。
通过不懈的努力和探索，相信上肢康复机器人必定能够更好地为患者的康复训练服务，帮助他们重拾生活的信心和独立能力。
基于外骨骼的可穿戴式上肢康复机器人设计与研究
基于外骨骼的可穿戴式上肢康复机器人设计与研究一、本文概述随着科技的快速发展和人口老龄化趋势的加剧，康复机器人的研究和应用日益受到重视。
在众多康复机器人中，基于外骨骼的可穿戴式上肢康复机器人因其独特的设计理念和实际应用价值，成为了康复工程领域的研究热点。
本文旨在探讨基于外骨骼的可穿戴式上肢康复机器人的设计与研究，通过对其结构、功能、控制策略等方面进行深入分析，以期为该领域的研究提供有益的参考和借鉴。
本文首先介绍了上肢康复机器人的研究背景和意义，阐述了其在康复治疗中的重要性和迫切性。
接着，综述了国内外在该领域的研究现状和发展趋势，分析了现有技术的优缺点和面临的挑战。
在此基础上，提出了一种基于外骨骼的可穿戴式上肢康复机器人的设计方案，并详细介绍了其机械结构、传感器配置、控制系统等方面的内容。
本文的重点在于研究该康复机器人的运动学特性、动力学模型以及控制策略。
通过建立合理的数学模型，分析了机器人在不同运动模式下的运动学和动力学特性，为后续的控制算法设计提供了理论基础。
同时，针对康复机器人的特点，提出了一种基于人机交互力感知的智能控制策略，实现了机器人在康复训练过程中的自适应调整和优化。
本文通过实验验证了所设计的康复机器人的可行性和有效性。
通过对比实验和数据分析，证明了该机器人在上肢康复训练中具有良好的辅助效果和康复效果，为临床康复治疗提供了新的可能性和选择。
本文的研究内容对于推动基于外骨骼的可穿戴式上肢康复机器人的发展具有重要的理论意义和实践价值。
希望通过本文的探讨和研究，能够为相关领域的研究者和实践者提供有益的参考和启示。
二、相关理论基础与技术外骨骼，又称作动力外骨骼或动力服，是一种可穿戴设备，旨在为穿戴者提供额外的力量或运动能力。
外骨骼通常由硬质的外部框架和一组动力机构组成，可以通过机械、液压或气压传动系统驱动。
外骨骼技术最初是为了军事和航空航天应用而开发的，旨在增强士兵或宇航员的负载能力和运动性能。
康复机器人 毕业设计
康复机器人毕业设计康复机器人是一种专门设计用于康复训练和康复治疗的机器人。
它可以在康复医院、康复中心或家庭环境中配合医生或治疗师进行康复训练，帮助康复患者进行功能恢复和身体锻炼。
康复机器人的毕业设计可以包括以下内容：1. 机器人的设计与搭建：设计一个康复机器人的机械结构，包括关节和运动部件的设计，以实现多种康复运动。
机器人的搭建需要考虑材料的选择、传感器的安装等。
2. 运动控制系统：设计一个运动控制系统，以控制机器人的运动。
可以使用传感器来监测患者的运动状态，并根据需要调整机器人的运动。
控制系统可以使用嵌入式开发板或其他控制器来实现。
3. 智能交互系统：设计一个智能交互系统，使机器人能够理解患者的指令并进行相应的动作。
可以使用语音识别技术、图像识别技术等实现智能交互。
4. 运动模式设计：设计不同的康复运动模式，根据患者的康复需求和医生的建议提供个性化的康复训练方案。
运动模式可以包括关节活动范围的恢复、肌肉力量的增强等。
5. 康复训练监测与评估：设计一个监测与评估系统，用于监测患者康复训练的效果。
可以使用传感器来监测患者的运动状态和肌肉力量等指标，并根据评估结果调整康复训练方案。
6. 安全保护设计：考虑患者的安全，设计安全保护装置，避免机器人的运动对患者造成伤害。
可以设置传感器来检测机器人与患者之间的距离，并根据距离调整机器人的运动。
7. 数据分析与可视化：设计一个数据分析与可视化系统，用于对康复训练数据进行分析和可视化展示。
可以使用数据分析算法来分析患者的康复进度和效果，并通过可视化图表展示给医生和患者。
8. 实验验证与评估：设计实验验证机器人的康复效果和运动控制性能，并进行评估。
可以招募志愿者患者进行实验，并通过实验结果来评估机器人的康复效果和使用体验。
以上是康复机器人毕业设计的一些主要内容，具体设计还需要根据实际情况和个人兴趣进行具体确定。
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摘要康复机器人是康复设备的一种类型，康复机器人技术早已广受世界各国科研工作者和医疗机构的普遍重视，其中以欧美和日本的成果最为显著。
在我国康复医学工程虽然得到了普遍的重视，但是康复机器人研究仍处于起步阶段，一些简单康复器械远远不能满足市场对智能化、人机工程化康复机器人的需求，有待进一步的研究和发展。
本文从使用的角度对人体上肢的运动原理进行了分析，设计出了一种坐式上肢康复训练机器人，用于心脑血管疾病致瘫或者意外事故所造成上肢损伤的患者作上肢及其相关关节的康复训练。
本设计的康复机器人机身是由放置于平台上的机座，两根可伸缩的立柱和上横梁及其手柄组成，并在其各个组成部分上分别装上上肢屈伸机构、前后摆机构、分合机构和手腕旋转机构；各运动机构由单独的电机和减速器驱动，而传动机构的主件分别是传动轴、丝杠螺母副、同步齿形带传动副。
康复机器人的立柱主要采用薄壁套筒，这样既减轻了重量，也使得丝杠螺母副能构得到套筒的固定和定位。
整个设计主要要注意的主要问题是减重和减噪，避免整体结构过于庞大笨重。
关键词：康复；上肢；结构设计；减重；噪音ABSTRACTRehabilitation robot is a type of rehabilitation facilities. Rehabilitation robotics have long been well received by the world scientists and the general importance of medical institutions, in which Europe and the United States and Japan, the results are the most significant. Medical Engineering in our country has been received widespread attention though, and rehabilitation robotics still in its infancy, some simple rehabilitation equipment is far from meeting intelligence, ergonomics of the rehabilitation robot needs to be further research and development.This perspective on the human body from the use of upper limb movement principle is analyzed，the seated upper extremity rehabilitation robot is designed , for the paralysis caused by cardiovascular diseases or accidents. The design of the rehabilitation robot body is placed on the platform base, two scalable columns and beams of the handle on the composition and its components are installed on the upper limb flexion which include separate and close agency, before and after agency, lifting agency and the wrist rotation agency; the every movement is driven by the separate drive motor and reducer, and the main parts are the shaft, screw nut pairs, timing belt, deputy.Rehabilitation robot column mainly adopts the thin wall sleeve, so as to reduce weight, also makes the lead screw nut pair can be fixed and the positioning sleeve. The design of the main attention to the major problem is the weight loss and noise reduction, avoid the whole structure is too bulky.Key words：rehabilitation；upper limb；structural design；Weight loss; noise目录摘要 (I)ABSTRACT (1)目录 (2)第1章绪论 (3)1.1概述 (3)1.2康复机器人的国内外研究现状 (4)1.3上肢康复机器人系统的发展前景 (7)1.4本课题主要研究内容 (8)第2章总体结构方案设计 (9)2.1总体方案设计 (9)2.2康复机器人框架造型的设计 (12)2.3本章小结 (13)第3章伺服元件选择 (14)3.1电机选择 (14)3.1.1升降机构电机选择 (14)3.1.2 前后摆机构电机选择 (15)3.1.3 分合机构电机选择 (16)3.1.4手腕转动机构电机的选择 (17)3.2联轴器选择 (17)3.3蜗轮蜗杆减速器的选择 (18)3.4本章小结 (18)第4章机械机构设计与计算 (19)4.1丝杠设计 (19)4.2锥齿轮设计 (20)4.3同步齿形带设计 (22)4.4轴设计与校核 (24)4.5轴承校核 (27)4.6键选择及校核计算 (28)4.7本章小结 (29)结论 (30)参考文献 (31)致谢 (33)第1章绪论1.1 概述据报道，我国60岁以上的老年人已有1.43亿，占全国人口的11％，到2050年将达到4.37亿。
在老龄人群众中有大量的脑血管疾病或神经系统疾病患者，这类患者多数伴有偏瘫症状[1]。
近年由于患心脑血管疾病使中老年患者出现偏瘫的人数不断增多，而且在年龄上呈现年轻化趋势。
与此同时，由于交通运输工具的迅速增长，因交通事故而造成神经心痛损伤或者肢体损伤的人数也越来越多。
在我国数以百万计的有神经科疾病病史和受到过意外伤害的患者需要进行康复治疗，仅以中风为例，每年大约有600，000中风幸存者，其中的二百万病人在中风后存在长期的运动障碍。
随着国民经济的发展，这个特殊群体已得到了更多人的关注，为了提高他们的生活质量，治疗、康复和服务于他们的产品的技术和质量也在相应地提高。
随着机器人技术和康复医学的发展，在欧洲、美国和日本等国家，医疗康复机器人的市场占有率呈逐年上升的趋势，仅预测日本未来机器人市场，2005年医疗、护理、康复机器人的市场份额约为250，000美元，而到2010年将上升到1，050，000美元，其增长率在机器人的所有应用领域中占据首位。
因此，服务于四肢的康复设备的研究和应用有着广阔的发展前景[2]。
康复机器人是康复设备的一种类型。
康复机器人技术早已广受世界各国科研工作者和医疗机构的普遍重视，其中以欧美和日本的成果最为显著。
在我国康复医学工程虽然得到了普遍的重视，而康复机器人研究仍处于起步阶段，一些简单康复器械远远不能满足市场对智能化、人机工程化的康复机器人的需求，有待进一步的研究和发展。
由于康复训练机器人要与人体直接相连，来带动肢体进行康复训练，所以对驱动器的安全性、柔性的要求较高。
康复肢体运动功能用机械肢体组合系列机器人,是多种同类机器人属于机器人领域,解决了本人发明的实用新型专利半身不遂患者康复学步机,只能带动人的大小臂大小腿康复运动功能,而不能带动手脚各关节运动的重大不足,主要技术特征是将半身不遂患者康复学步机略加改进后,在学步机的小臂绞链杆上安装了可以带动人手腕关节手指各个关节都能运动的机械手托板,在小腿铰链杆上安装了可以带动人脚踝脚指各个关节都能运动的机械脚托板后实现的,用途是康复肢体运动功能,带动患肢的各个关节、每块骨骼、每块肌肉、每个筋键、每条神经都在作患者万分渴望而大脑又支配不了的动作,通过较长时间的被动运动锻炼,最终使残疾人患肢的主动运动功能得到康复。
本课题的研究目的是设计一种坐式上肢康复训练机，用于心脑血管疾病致瘫或意外事故所造成的上肢体损伤的患者左上肢及相关关节康复训练。
1.2康复机器人的国内外研究现状康复机器人是一种自动化医疗康复设备，它以医学理论为依据，帮助患者进行科学而有效的康复训练，使患者的运动机能得到更快更好的恢复。
目前，康复机器人已经广泛地应用到康复护理、假肢和康复治疗等方面，这不仅促进了康复医学的发展，也带动了相关领域的新技术和新理论的发展。
康复机器人有两种：辅助型康复机器人和康复训练机器人[3]。
辅助型康复机器人主要是帮助肢体运动有困难的患者完成各种动作，该类产品有机器人轮椅、机器人护士、机器人假肢、机械外骨骼等。
康复训练机器人的主要功能是帮助患者完成各种运动功能的恢复训练，该类产品有行走训练、手臂运动训练、脊椎运动训练等。
康复机器人是康复医学和机器人技术的完美结合，康复机器人技术在欧美等国家得到了科研工作者和医疗机构的普遍重视，许多研究机构都开展了有关的研究工作，近年来取得了一些有价值的成果。
对于中风、偏瘫、上肢运动机能损伤等患者来说，上肢康复训练机器人有着很好的治疗效果。
国内外许多研究机构都在这方面取得了不错的研究结果。
目前，康复机器人的研究主要集中在康复机械手和康复治疗机器人等几个方面[16]。
1、康复机械手的研究现状设计康复机器人最初的一个目的就是在残疾人和环境之间放置一个机械臂，通过这个机械臂来部分或全部的实现操作功能，按机械臂的安装位置划分，康复机械手可分为3类：（1）基于桌面的机械手[4]。
种机械手安装在一个彻底结构化的控制平台上，在固定的空间内操作，具有足够自由度的串联机器人再配上适合残疾人使用的人机界面是这种机器人典型的设计模式。
目前此类机器人已经达到了实用化，如法国CEA公司开发的MASTER系统、美国的Tolfa Corportion开发的DEV AR系统，以及英国的Oxford Intelligent Machines Ltd.开发的RAID系统等。
此种类型的机械手是早期的工业机器人在康复系统领域内的一次成功应用。
1987年，英国人Mike Topping研制了Handy1康复机器人，使一个患有脑瘫的11岁男孩第一次能够进行独立就餐。